部署靈活、成本效益高的雲端寬頻網路閘道

簡介

在電信網路中，寬頻網路閘道（BNG）是一種能夠建立和管理用戶連線時間並終止固定寬頻用戶流量的網路裝置。此裝置透過連線至客戶端設備（CPE）讓客戶能使用如網際網路、網路協定電話（VoIP）或網路協定電視（IPTV）等各種寬頻訂閱服務，透過單一連線將這些服務自數位用戶線路（xDSL）或光纖到某地（FTTX）等各種接取網路匯流整合。

BNG 是一項發展成熟的技術，能夠支援許多功能，例如提供授權、管制、流量篩選和服務品質（QoS），以及服務網路中的選路。傳統上，BNG 被用來作為電信網路邊緣（通常位於區域位置）的硬體平台。目前的網路流量趨勢顯示，隨著用戶線路接取端的輸送量和消費者產生的流量增加，BNG 的負載量也日益增長。這一現象與影片網路服務的使用量成長相關。因此，電信業者如今必須思考該如何執行成本效益高的新解決方案，才能在顧及這些新興且成長中的流量和輸送量需求的情況下，進一步擴充其網路。身為克羅埃西亞的市場領導者，Hrvatski Telekom（HT）透過執行虛擬化的 BNG 解決方案來選擇雲端化的途徑。

一份近期的 Cisco VNI 報告認為，IP 流量成長將以約 30% 的年均複合成長率（CAGR）持續增加。此一趨勢為寬頻業者帶來了另一個問題，因為繁忙時段網路流量的年均複合成長率約為 37%，成長速度比平均流量成長率更快。寬頻網路的開通和建設勢必要考量到繁忙時段間的流量。

這種趨勢與一個眾所周知的業界現象相關：電信業者的收益和其必須持續提供的流量服務正在脫鉤。

為解決這一問題，便需要新的寬頻開通方式。雲端技術在固定接取網路上的應用將為電信業者提供一種新的平台模式，並使其能同時降低成本和增加在網路邊緣的機會。

雲端 BNG 的企業驅動因素

在 2019 年秋季，HT 決定朝此一新的方向發展，以實現其固定接取網路的轉型目標。

HT 採用了一套由軟體定義的電信策略，其內容包括將所有無線核心和有線接取網路功能雲端化。他們比照過去用於核心網路轉型的創新和顛覆式方法，將 NFV 和雲端原則應用至其傳統的固定接取硬體。這一策略催生了新的雲端寬頻網路閘道模式：雲端 BNG。

該項策略確保了 HT 能實現其擴充容量的彈性目標，並能滿足橫向軟體擴充相關方面增加的流量需求。這一方針讓 HT 可以透過一個更優良化、成本效益更高的模式來達成動態效能的持續成長和輸送量的提升。

此外，人們也預計該方針能夠大幅提升 HT 的資本效率。該計畫的關鍵目標之一是瞭解硬體商務現成解決方案（COTS）與軟體／雲端方案的結合是否能大幅度節省每千兆位元組的寬頻流量。

以軟體為中心的模式取代了過去部屬硬體時使用的資本密集型模式，讓 HT 可以靈活地部署新的軟體擴充模式。

最後，HT 也認為，從現場服務升級和服務正常運行時間／冗餘的角度來看，這套新的簡化和集中化部署模式還能為其節省更多營運成本。

解決方案：邁向雲端 BNG

HT 基礎架構的設計規劃橫跨了札格瑞布、里耶卡和史普利特的區域資料中心。

為實現其業務目標，HT 與獨立軟體廠商 5x9 Networks（5x9）以及 Intel 合作執行了一個新的雲端 BNG 解決方案。

5x9 的解決方案使用 Intel 創立的資料層開發套件（DPDK）作為其 BNG 設計的基礎，該套件是一個針對封包處理工作最佳化的開放原始碼軟體開發套件（SDK）。因此，5x9 能夠使用 DPDK 提供的基本程式庫，從零開始建置完整的 BNG。

該軟體解決方案堆疊建置於 Hewlett Packard Enterprise（HPE）伺服器上，並根據 Intel® Select 解決方案的 Forwarding Platform 概念建置。此平台模式提供了在搭載 Intel 技術的 COTS 伺服器上執行最佳封包處理所必要的伺服器設計準則。

這項虛擬寬頻網路閘道（vBNG）解決方案搭載了控制與用戶面分離技術（CUPS），該技術是執行可自行擴充用戶面及控制面功能的分離式 BNG 解決方案所需的必要條件。

5x9 利用這些開放原始碼元件開發了一套寬頻邊緣解決方案，而在開始開發後的兩個季度內，HT 便開始在即時網路上對其進行測試。從提出概念開始，僅僅十二個月，他們就在寬頻網路上部署了一個高度最佳化的解決方案。該解決方案解決了 HT 所有的業務目標，使其能達成主要目標，將成本昂貴的專用網路邊緣硬體移轉至具備所需效率、彈性與成本特點的一套統一雲端基礎架構。

5x9 解決方案由三個關鍵元件組成，如下圖 3 所示：

1. 虛擬 BBRAS 轉寄站（vBF）
2. 虛擬 BBRAS 控制站（vBC）
3. 虛擬儀表板（vDB）

vBF 的建置使用了雲端 BNG DPDK 基礎，專門用於與主要 BNG 轉發平面相關的任務：乙太網路上的對等協定（PPPoE）與乙太網路上的網際網路協定（IPoE）、用戶連線時間終止功能、乙太網路與 IP 流量轉送、QoS，以及產生低階的用戶統計數據。

vBC 負責執行與控制平面相關的任務。系統開通與管理、內部系統元件與外部用戶 IP 位址分配、選路、宂餘、可擴充性與彈性皆由其負責處理。

vDB 是一種具有網頁前端和基礎軟體定義網路（SDN）功能的應用程式，專門應用於系統配置、管理和負載／健康狀況的概覽。它是整個系統的單一配置與管理點。此外，擁有多種應用程式介面（Netconf／YANG 和 REST）使其能輕鬆與第三方平台進行整合。

HT 解決方案被部署於 OpenStack 雲端運算平台上，使用 Linux 核心型虛擬機器（KVM）作為超管理器。其基礎的伺服器硬體由每個運算節點配備兩個 Intel® Xeon® 黃金級會員處理器和八個 10/25 Gb 乙太網路介面卡的 HPE 伺服器組成。這使得每台伺服器的平台輸送能力在理論上可達到 200 Gb。

該 vDB 採用了 5x9 獨特的設計，一旦 OpenStack API 接取被啟用且必要的初始配置到位後，就會自動啟動 HT 的完全冗餘部署所必需的所有虛擬機器。

該系統經過可擴充性和彈性測試，可根據當下連線用戶的數量和其不同的輸送量需求來調整其虛擬轉送節點。

新節點的配置或 IP 位址分配會由 vDB 自動完成，不需手動處理。相較於傳統 BNG 解決方案，5x9 的解決方案擁有的另一項優勢便是不需要 IP 庫存宂餘，因為 5x9 的演算法能對其進行管理，且在服務中斷的情況下，將會自動分配 IP 位址，並可將 IP 位址庫存重新部署至虛擬機器。

該伺服器目前可以承載 80,000 個用戶，並能在符合 HT 特定寬頻需求的單一伺服器上提供 80 Gbps（500 位元組封包）的輸送量。

該解決方案已通過由 HT 進行的商務流量部署驗證。此系統能根據用戶密度或輸送需求對相關參數進行彈性調整。

5x9 認為，在 500 位元組封包尺寸及每台主機承載 160,000 個用戶的情況下，甚至有可能實現高達 200 Gbps 的更快輸送速度，而他們也持續針對用戶面進行創新。透過 Intel DPDK，他們能利用 Intel 最新伺服器技術的完整功能，達成遠遠超越傳統實體 BNG 的每美元效能。雲端 BNG 模式讓他們能夠提供具有獨特功能的產品，降低 HT 的總持有成本（TCO），同時滿足與實體 BNG 相同的穩定性與輸送需求。

此外，由雲端支援的中央冗餘控制設計更是簡單明瞭。位於札格瑞布的兩個站點各自負責 50% 來自北、中和東克羅埃西亞的流量，並為彼此提供冗餘容量。札格瑞布也為史普利特和里耶卡的站點提供了冗餘容量。

資料中心的移轉仍在持續進行，迄今已有 450,000 個即時用戶在 BNG Cloud 上運行。vDB GUI 的功能為系統監測，Grafana 則可將效能 KPI 視覺化。此解決方案已與 HT 的營運支援管理層完全整合。

結果與結論

透過採用雲端 BNG 模式，HT 邁出了必需的第一步，朝向以雲端原則為基礎的軟體定義電信公司前進。雲端 BNG 讓 HT 能夠推出新的服務和滿足日益增長的流量所需的容量與彈性，並同時減少其資本支出和營運成本。

此外，HT 還達成了關鍵的投資效率目標，且估計節省了 35% 的投資金額。雲端運算的實施也為更多先進的雲端自動化功能開啟了可能性，該專案將會在其後續階段引進這些功能。

HT 透過增加新的雲端 BNG 執行個體完成了橫向擴充，這些執行個體皆為零接觸自動化安裝，相較於在生產過程中增加新的實體 BNG，其安裝速度更快、成本也更低。

該計畫取得了極大的成功，而 HT 目前正著手將其寬頻用戶全面轉移至其雲端 BNG 基礎架構上。

未來的完善方向將會根據 HT 提升 FTTX 速度和覆蓋範圍的計畫執行，以實現更有效的解決方案，進而提升接取頻寬為目標。

雲端環境中的 BNG 功能虛擬化是邁向整合型 5G 核心的關鍵一步。5G 固定行動融合的標準化創造了新的功能，可將 BNG 轉換為 AGF 接取閘道功能，以確保其對固定與行動接取擁有單獨的掌控權。

Hrvatski Telekom

HT 是克羅埃西亞一間頂尖的電信公司，提供了一系列完整的電信服務：固定和行動電話服務、資料傳輸、電視服務、網路以及國際通訊。HT 的願景是為克羅埃西亞的每一個人提供數位化的機會，實現永續且可盈利的成長，讓人們能夠改善自身的生活。

5x9 Networks

5x9 Networks 是一間由經驗豐富且具有程式設計師思維及技術的網路工程師們所建立的公司。我們的目標是創造易於使用、成本效益高，且能為客戶帶來價值的網路功能虛擬化基礎架構（NFVI）產品。

Intel

Intel 身為業界的領導者，致力於創造改變世界的技術，推動全球進步並豐富人們的生活。我們在摩爾定律的啟發之下，持續努力推進半導體的設計與製造，協助客戶解決最艱困的難題。透過將智慧嵌入雲端、網路、邊緣和各種運算裝置，我們釋放了資料的潛能，讓企業和社會更進步。